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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划峨眉半导体材料有限公司破产半导体硅材料的发展现状湖北民族学院，王靖蓉摘要材料是人类社会发展的物质基础与先导。每一种重大新材料的发现和应用都把人类支配自然的能力提高到一个全新的高度。本世纪中期单晶硅材料和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研究成功，导致了电子工业大革命。从20世纪70年代的初期，石英光纤材料和光学纤维的研制成功，以及GaAs等-族化合物的材料的研制成功与半导体激光器的发明，使光纤通信成为可能，目前光纤已四通八达。这与激光器的发明以及石英光纤材料、光纤技术的发展是密不可分
2、的。半导体微电子和光电子材料已成为21世纪信息社会的二大支柱高技术产业的基础材料。关键词半导体材料;多晶硅;单晶硅1前言半导体材料的发展可以分为三个时代，分别对应第一时代的Si、Ge元素半导体、第二时代的GaAs、InP、GaP等，以及第三代的GaAs、SiC、立方氮化硼、AlN、ZnSe等，本文主要介绍了半导体硅。2半导体硅材料性质及应用材料的物理性质是产品应用的基础，禁带宽度越大发射光波长越短(蓝光发射);禁带宽度越小发射光波长越长。其它参数数值越高，半导体性能越好。电子迁移速率决定半导体低压条件下的高频工作性能，饱和速率决定半导体高压条件下的高频工作性能。硅材料具有储量丰富、价格低廉、热
3、性能与机械性能优良、易于生长大尺寸高纯度晶体等优点，处在成熟的发展阶段。目前，硅材料仍是电子信息产业最主要的基础材料，95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路(IC)是用硅材料制作的。在21世纪，可以预见它的主导和核心地位仍不会动摇。但是硅材料的物理性质限制了其在光电子和高频高功率器件上的应用。3半导体硅材料的产业现状单晶硅生产单晶硅的工艺主要采用直拉法(CZ)、磁场直拉法(MCZ)、区熔法(FZ)以及双坩锅拉晶法。硅晶片属于资金密集型和技术密集型行业，在国际市场上产业相对成熟，市场进入平稳发展期，生产集中在少数几家大公司，小型公司已经很难插手其中。目前国际市场单晶硅产量排名前5位的公司分
4、别是日本信越化学公司、德瓦克化学公司、日本住友金属公司、美国MEMC公司和日本三菱材料公司。这5家公司XX年硅晶片的销售总额为亿元，占全球销售额的%，其中的3家日本公司占据了市场份额的%，表明日本在全球硅晶片行业中占据了主导地位。目前全球主流硅晶片已由直径8英寸逐渐过渡到12英寸晶片，研制水平达到16英寸。我国单晶硅技术及产业与国外差距很大，主要产品为6英寸以下，8英寸少量生产，12英寸开始研制。随着半导体分立元件和硅光电池用低档和廉价硅材料需求的增加，我国单晶硅产量逐年增加。目前，国外8英寸IC生产线正向我国战略性移动，我国新建和在建的F8英寸IC生产线有近10条之多，对大直径高质量的硅晶片
5、需求十分强劲，而国内供给明显不足，基本依赖进口，我国硅晶片的技术差距和结构不合理可见一斑。在现有形势和优势面前发展我国的硅单晶和IC技术面临着巨大的机遇和挑战。多晶硅多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原料，主要生产方法为改良西门子法。目前全世界每年消耗约18000t25000t半导体级多晶硅。XX年全球多晶硅产能为23900t，生产高度集中于美、日、德3国。美国先进硅公司和哈姆洛克公司产能均达6000t/a，德国瓦克化学公司和日本德山曹达公司产能超过3000t/a，日本三菱高纯硅公司、美国MEMC公司和三菱多晶硅公司产能超过1000t/a，绝大多数世界市场由上述7家公司占有。XX年全球多晶硅需求
6、为2XXt，达到峰值，随后全球半导体市场滑坡;XX年多晶硅实际产量为17900t，为产能的75%左右。全球多晶硅市场供大于求，随着半导体市场的恢复和太阳能用多晶硅的增长，多晶硅供需将逐步平衡。我国多晶硅严重短缺。我国多晶硅工业起步于50年代，60年代实现工业化生产。由于技术水平低、生产规模太小、环境污染严重、生产成本高，目前只剩下峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂2个厂家生产多晶硅。XX年生产量为80t7，仅占世界产量的%，与当今信息产业的高速发展和多晶硅的市场需求急剧增加极不协调。我国这种多晶硅供不应求的局面还将持续下去。峨嵋半导体材料厂和洛阳单晶硅厂1999年多晶硅生产能力分别为60t/a和2
7、0t/a。峨嵋半导体材料厂1998年建成的100t/a规模的多晶硅工业性生产示范线，提高了各项经济技术指标，使我国拥有了多晶硅生产的自主知识产权。该厂正在积极进行1000t/a多晶硅项目建设的前期工作。洛阳单晶硅厂拟将多晶硅产量扩建至300t/a，目前处在可行性研究阶段。非晶体硅非晶硅是一种直接能带半导体，它的结构内部有许多所谓的“悬键”，也就是没有和周围的硅原子成键的电子，这些电子在电场作用下就可以产生电流，并不需要声子的帮助，因而非晶硅可以做得很薄，还有制作成本低的优点。在70年代确实有过制备非晶硅的沸沸扬扬的高潮。事实上，非晶硅光电池已经广为使用，例如许多太阳能计算器、太阳能手表、园林路
8、灯和汽车太阳能顶罩等就是用非晶硅作为光电池的基本材料的。但是目前市场上最大量使用的太阳能电池仍然是晶体硅光电池而不是非晶硅光电池。4结语不可否认，微电子时代将逐步过渡到光电子时代，最终发展到光子时代。预计到XX年或XX年，硅材料的技术和产业发展将走向极限，第二代和第三代半导体技术和产业将成为研究和发展的重点。参考文献1师昌绪.材料大辞典M.北京:化学工业出版社，1994:13142蓬勃发展的中国电子信息产业.信息产业部电子信息产品管理司司长张琪在“ICChinaXX”上的主题报告3梁春广.GaN-第三代半导体的曙光.新材料产业，XX，5:31364李国强.第三代半导体材料.新材料产业，XX,6
9、:14175万群，钟俊辉.电子信息材料M.北京:冶金工业出版社，1990:126中国电子工业年鉴编委会.中国电子工业年鉴XXM.北京:电子工业出版社，XX:2932997电子信息材料咨询研究组编.电子信息材料咨询报告M.北京:电子工业出版社，XX:1542半导体材料的应用及产业现状摘要：超晶格概念的提出及其半导体超晶格的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想。本文将讲述半导体的特征及地位和作用，国内外产业化现状和进展情况等。关键词：半导体材料，电阻率，多晶硅，单晶硅，砷化镓，氮化镓1半导体材料的应用半导体材料的特征：半导体材料是指电阻率在107?cm10-3?cm，界于金属和绝缘体之间的材料。
10、半导体材料虽然种类繁多但有一些固有的特性，称为半导体材料的特性参数。这些特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别，而且更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下特性上的量的差别。常用的半导体材料的特性参数有：禁带宽度、电阻率、载流子迁移率(载流子即半导体中参加导电的电子和空穴)、非平衡载流子寿命、位错密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定，反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。非平衡载流子寿命反映半导体材料在外界作用下内部的载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的
11、一类晶体缺陷。位错密度可以用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度。当然，对于非晶态半导体是没有这一反映晶格完整性的特性参数的。半导体材料的特性参数对于材料应用甚为重要。因为不同的特性决定不同的用途。晶体管对材料特性的要求：根据晶体管的工作原理，要求材料有较大的非平衡载流子寿命和载流子迁移率。用载流子迁移率大的材料制成的晶体管可以工作于更高的频率。晶体缺陷会影响晶体管的特性甚至使其失效。晶体管的工作温度高温限决定于禁带宽度的大小。禁带宽度越大，晶体管正常工作的高温限也越高。光电器件对材料特性的要求：利用半导体的光电导性能的辐射探测器所适用的辐射频率范围与材料的禁带宽度有关。材料的非平衡载流子寿命
12、越大，则探测器的灵敏度越高，而从光作用于探测器到产生响应所需的时间(即探测器的弛豫时间)也越长。因此，高的灵敏度和短的弛豫时间二者难于兼顾。对于太阳电池来说，为了得到高的转换效率，要求材料有大的非平衡载流子寿命和适中的禁带宽度(禁带宽度于至电子伏之间最合适)。晶体缺陷会使半导体发光二极管、半导体激光二极管的发光效率大为降低。温差电器件对材料特性的要求：为提高温差电器件的转换效率首先要使器件两端的温差大。当低温处的温度固定时，温差决定于高温处的温度，即温差电器件的工作温度。为了适应足够高的工作温度就要求材料的禁带宽度不能太小，其次材料要有大的温差电动势率、小的电阻率和小的热导率。半导体材料的地位
13、：上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明及其硅集成电路的研制成功，导致了革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并逐步形成了高新技术产业，使人类进入了信息。超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。纳米技术的发展和应用，将使人类能从原子、分子或纳米尺度水平上控制、操纵和制造功能强大的新型器件与电路，必将深刻影响世界的、格局和军事对抗的形式，彻底改变人们的生活方式。半导体的应用和发展：半导体的应用十分广泛，主要是制成有特殊功能的元器件，如晶体管、集
14、成电路、整流器、激光器以及各种光电探测器件、微波器件等。1960年真空三极管的发明，为上世纪上半叶无线电和电话的发展奠定了基础。1947年，美国贝尔研究所的巴丁、肖克莱、不拉坦研制出第一个晶体三极管。它的出现成为上世纪下半叶世界科技发展的基础。其功耗极低，而且可靠性高，转换速度快，功能多样尺寸又小。因而成为当时出现的数字计算机的理想器件，并很快在无线电技术和军事上或得广泛的应用，由于研制晶体管，他们三人获得1956年诺贝尔物理学奖。半导体材料在目前的电子工业和微电子工业中主要用来制作晶体管、集成电路、固态激光器等器件。我们现在常见的晶体管有两种，即双极型晶体管和场效应晶体管，它们都是电子计算机
15、的关键器件，前者是计算机中央处理装置的基本单元，后者是计算机存储的基本单元。两种晶体管的性能在很大程度上均依赖于原始硅晶体的质量。砷化镓单晶体材料是继锗、硅之后发展起来的新一代半导体材料。它具有迁移率高、禁带宽度大的优势。它是目前最重要、最成熟的化合物半导体材料，主要用于光电子和微电技术领域。电子技术最初的应用领域主要是无线电通讯、广播、电视的发射和接收。雷达作为一种探测敌方飞行器的装置在第二次世界大战中大显身手，成为现代电子技术的一个重要领域。电子显微镜、各种波谱和表面能仪以及加速器、遥测、遥控和遥感、医学也是电子技术的一个重要领域。微电子技术和量子电子学是现代电子技术中最活跃的前沿领域之一。2半导体材料的产业现状半导体硅材料多晶硅多晶硅是制备单晶硅和太阳能电池的原料，主要生产方法为改良西门子法。目前全世界每年消耗约18000t25000t半导体级多晶硅。XX年全球多晶硅产能为23900t，生产高度集中于美、日、德3国。美国先进硅公司和哈姆洛克公司产能均达6000t/a，德国瓦克化学公司和日本德山曹达公司产能超过3000t/a，日本三菱高纯硅公司、美国MEMC公司和三菱多晶硅公司产能超过1000t/a，绝大多数世界市场由上述7家公司占有。XX年全球多晶硅需求为2XXt，达到峰值，随后全球半导体市场滑
